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表面等离激元|进展 | 拓扑节线等离激元的实验观测

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等离激元描绘了电子体系中由库伦相互作用产生的电子密度集体振荡行为 ， 是凝聚态物理中最基本的元激发之一 ， 自1951年由David Pines和David Bohm提出后就备受关注 。 目前 ， 等离激元的研究已经发展出了等离激元光子学等相关学科 ， 在生物医学、光通讯等方面有着广泛的应用前景 。 通常 ， 等离激元存在于金属、半导体以及半金属中 ， 其特征与体系的电子能带密切相关 。 特别地 ， 对于半金属体系 ， 能带在费米面附近发生交叠 ， 电子的跃迁除了带内通道 ， 还存在着带间通道 ， 等离激元展现出更加丰富多彩的性质 。

表面等离激元|进展 | 拓扑节线等离激元的实验观测
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图一 (a)和(b)分别为ZrSiS沿和方向的HREELS二维图谱 。 (c)和(d)分别对应于(a)和(b)图的EDC 。
拓扑材料是近十多年来凝聚态物理中关注的热点 ， 通常具有拓扑保护的体态和表面态 。 拓扑半金属（狄拉克/外尔半金属）是一类典型的拓扑材料 ， 表现出类似于石墨烯的狄拉克型线性色散 。 对这些线性交叉点附近电子的集体激发的研究也如火如荼地进行着 ， 理论上预测了许多与电子的拓扑特性相关的新奇等离激元 ， 例如自旋等离激元、手性反常导致的等离激元、能带倾斜导致的无衰减等离激元等；实验上对拓扑材料中等离激元的研究也取得了重要进展 。 但是现有的研究主要针对于拓扑绝缘体和狄拉克/外尔半金属体系 ， 这些体系的电子能带中线性交叉在倒空间中局限在有限个离散的点处 。 而近年广受关注的拓扑节线半金属的电子能带的交叉在倒空间中则呈现为连续的线 ， 费米面上将具有更多的狄拉克电子 ， 从而具有更高的载流子浓度 ， 相应的表面态也表现出诸多新奇的特性 。 拓扑节线半金属中独特的电子结构是否会对体系的等离激元产生影响呢？尽管已有多种材料被实验证实为节线半金属 ， 但是目前对于节线半金属等离激元的研究还局限于理想化的理论模型 ， 缺乏直接的实验证据 。

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